Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Landesamt für Umwelt und Geologie Folie 1
Forschungs- und Entwicklungsvorhaben
des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie
Modellierung
der Sekundärpartikelbildung und -ausbreitung
von Großfeuerungsanlagen
in Sachsen
Vortrag MTK 06-05
Wolfgang Poppitz
LfUG, Ref. 22, Luftqualität
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 2
Inhalt des Vortrages
Ausgangspunkt und Aufgabenstellung
Modellbeschreibung
Eingangsparameter und Szenarien
Validierung des Modells
Ergebnisse
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 3
Ausgangspunkt und Aufgabenstellung 1
• Punkt- und Flächenquellen
• primäre und sekundäre Emissionen
• Nah- und Ferntransport
I. Istzustand: signifikante Überschreitung der EU-weit
vorgegebenen Immissionswerte für PM10 in
mehreren sächsischen Ballungsräumen
zz.: Erarbeitung und Beginn der Umsetzung von
Luftreinhalteplänen in mehreren sächsischen
(Groß-)Städten
nach wie vor vertiefte Klärung von Verursacher und
notwendig: Prozessketten
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 4
Leibniz - Institut für
Troposphärenforschung e.V., Leipzig
Ausgangspunkt und Aufgabenstellung 3
genaue Prognostizierung des Gesamt-Beitrages
der beiden größten GFA in Sachsen
an der Feinstaubimmission
in den urbanen Zentren in Sachsen
Forschungsvorhaben:
durch mathematische Modellierung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 5
Leibniz - Institut für
Troposphärenforschung e.V., Leipzig
Vergabe 04-08:
• Prof. Dr. Eberhard Renner
• Dr. Detlef Hinneburg
• Dr. Ralf Wolke
Abschlussbericht 05-10
Ausgangspunkt und Aufgabenstellung 3
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 6
II. Modellbeschreibung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 7
Modellbeschreibung 1
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 8
Modellbeschreibung 1 Meteorologie-Modell operationelles lokales Vorhersagemodell LM des DWD
globales Vorhersagemodell GME des DWD
umfassende Modellphysik der Troposhäre
meso- und mikroskalig (100 m – 100 km)
50 orographiefolgende Schichten (u.: 65 m)
Reanalyse des Wettergeschehens vieler Jahre
meteorologischer Treiber des Modells
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 9
Modellbeschreibung 1 Meteorologie-Modell operationelles lokales Vorhersagemodell LM des DWD
globales Vorhersagemodell GME des DWD
umfassende Modellphysik der Troposhäre
meso- und mikroskalig (100 m – 100 km)
50 orographiefolgende Schichten (u.: 65 m)
Reanalyse des Wettergeschehens vieler Jahre
meteorologischer Treiber des Modells
komplexes
Emissionsmodul
einschließlich:
Kühlturm-Überhöhungs-Modell
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 10
Modellbeschreibung 1 Meteorologie-Modell operationelles lokales Vorhersagemodell LM des DWD
globales Vorhersagemodell GME des DWD
umfassende Modellphysik der Troposhäre
meso- und mikroskalig (100 m – 100 km)
50 orographiefolgende Schichten (u.: 65 m)
Reanalyse des Wettergeschehens vieler Jahre
meteorologischer Treiber des Modells
komplexes
Emissionsmodul
einschließlich:
Kühlturm-Überhöhungs-Modell
Chemie-Transport-Modell
MUSCAT (Multi-Scale Atmosphäric Transport Modell)
hochaufgelöste online-Verknüpfung in „Echtzeit“
Steuerung der physikalisch-chemischen Emissions-, Transport- und Umwandlungsprozesse
äußerst variable und unabhängige Teilprozeduren
Verarbeitung hochgradig nichtlinear gekoppelter Gleichungen und unterschiedlicher Zeitskalen
variable, von LM unabhängige, horizontale und vertikale Nestung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 11
Modellbeschreibung 1 Meteorologie-Modell operationelles lokales Vorhersagemodell LM des DWD
globales Vorhersagemodell GME des DWD
umfassende Modellphysik der Troposhäre
meso- und mikroskalig (100 m – 100 km)
50 orographiefolgende Schichten (u.: 65 m)
Reanalyse des Wettergeschehens vieler Jahre
meteorologischer Treiber des Modells
komplexes
Emissionsmodul
einschließlich:
Kühlturm-Überhöhungs-Modell
Chemie-Transport-Modell
MUSCAT (Multi-Scale Atmosphäric Transport Modell)
hochaufgelöste online-Verknüpfung in „Echtzeit“
Steuerung der physikalisch-chemischen Emissions-, Transport- und Umwandlungsprozesse
äußerst variable und unabhängige Teilprozeduren
Verarbeitung hochgradig nichtlinear gekoppelter Gleichungen und unterschiedlicher Zeitskalen
variable, von LM unabhängige, horizontale und vertikale Nestung
Gasphasenchemie-Modul
RACM
umfasst 76 reaktive Spurengase in 239 Reaktionen
einschließlich 22 photolytische Reaktionen in Abhängigkeit von Sonnenstand und Bewölkung sowie der weiteren meteorologischen Grundgrößen
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 12
Modellbeschreibung 1 Meteorologie-Modell operationelles lokales Vorhersagemodell LM des DWD
globales Vorhersagemodell GME des DWD
umfassende Modellphysik der Troposhäre
meso- und mikroskalig (100 m – 100 km)
50 orographiefolgende Schichten (u.: 65 m)
Reanalyse des Wettergeschehens vieler Jahre
meteorologischer Treiber des Modells
komplexes
Emissionsmodul
einschließlich:
Kühlturm-Überhöhungs-Modell
Chemie-Transport-Modell
MUSCAT (Multi-Scale Atmosphäric Transport Modell)
hochaufgelöste online-Verknüpfung in „Echtzeit“
Steuerung der physikalisch-chemischen Emissions-, Transport- und Umwandlungsprozesse
äußerst variable und unabhängige Teilprozeduren
Verarbeitung hochgradig nichtlinear gekoppelter Gleichungen und unterschiedlicher Zeitskalen
variable, von LM unabhängige, horizontale und vertikale Nestung
Gasphasenchemie-Modul
RACM
umfasst 76 reaktive Spurengase in 239 Reaktionen
einschließlich 22 photolytische Reaktionen in Abhängigkeit von Sonnenstand und Bewölkung sowie der weiteren meteorologischen Grundgrößen
Aerosoldynamik-Modul
MADMAcS
Modellierung von physikalisch-chemischen Bildung und Wachstum von Partikel - in direkter Wechselwirkung mit der Gasphasenchemie und der Meteorologie
variable Größenverteilung der Aerosole
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 13
Modellbeschreibung 2
NH3
Reaktionspfade (Tag /
Nacht)
NOx
Reaktionspfad (Tag)
SO2
E m i t t i e r t e V o r l ä u f e r g a s e
P M 1 0
P r i m ä r S e k u n d ä r
PPM10 Sulfat-
ionen
Ammonium-
nitrat
Ammonium-
sulfat
Schnelle irrevers. Reaktion Variables
Gleichgewicht Kondensation
HNO3 SO42-
Primäre
Emission
Primäre
Emission Aerosol-
bildungs-
pfad
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 14
III. Eingangsparameter und Szenarien
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 15
Eingangsparameter und Szenarien 1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
CO SO2 NOx Staub PM10
Emission der beiden größten sächsischen Großfeuerungsanlagen
HKW Boxberg
HKW Lippendorf
Massenstrom
in kg/h
730
120
1200
2100
40 / 60
12 % Emission
in Form von SO42-
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 16
Eingangsparameter und Szenarien 2
sächs. Emissionskataster
weitere Emissions-Eingangsdaten
Deutschland/ Mitteleuropa Sachsen
EMEP-Emissionsdaten
50 x 50 km
anthropogene Emissionen
biogene Emissionen
anthropogene
SO2, NO, NO2, CO, NH3,
Methan, NMVOC, PM10, PM2,5
biogene
NO, VOC
Deutschland/ Mitteleuropa Sachsen
Flächenquellen
Punktquellen
Flächen
Punkt weitere Emissions-Eingangsdaten
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 17
Eingangsparameter und Szenarien 2
sächs. Emissionskataster
weitere Emissions-Eingangsdaten
Deutschland/ Mitteleuropa Sachsen
EMEP-Emissionsdaten
50 x 50 km
anthropogene Emissionen
biogene Emissionen
SNAP-Klassen
anthropogene
SO2, NO, NO2, CO, NH3,
Methan, NMVOC, PM10, PM2,5
biogene
NO, VOC
Deutschland/ Mitteleuropa Sachsen
SNAP Emissionstyp
1 Verbrennungsanlagen in Energie- und Rohstoffindustrie (Kraftwerke)
2 Nicht-industrielle Verbrennungsanlagen (Heizung)
3 Verbrennungsanlagen in der verarbeitenden Industrie
4 Industrielle Produktionsprozesse ohne Verbrennung
5 Förderung und Verteilung fossiler Brennstoffe, geotherm. Anlagen
6 Freisetzung von Lösungsmitteln (Chemieindustrie)
7 Straßenverkehr
8 Schienen-, Schiffs- und Luftverkehr
9 Abfallwirtschaft, Deponien
10 Landwirtschaft
Flächenquellen
Punktquellen
Flächen
Punkt weitere Emissions-Eingangsdaten
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 18
Eingangsparameter und Szenarien 3
60 km 16 km 2,8 Nestung: - 50 / 8 km 1,4 0,7
Modellgebiet: Globale Erde Mitteleuropa Sachsen u.
Randgebiet
Teilgebiete
um GFA
Zeitfenster: Bezugsjahr
5-wöchige
Sommer-/
Winter Periode
Wochen-Szenario
Tages-Szenario
11.08. - 15.09. 15. - 22.08.
S1, S2, S3
Simulation:
2002
11.11. - 16.12. 23. - 30.11.
W1
Nestung
Modellgebiet
Zeitfenster
Simulation
LM
MUSKAT
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 19
Eingangsparameter und Szenarien 3
60 km 16 km 2,8 Nestung: - 50 / 8 km 1,4 0,7
Modellgebiet: Globale Erde Mitteleuropa Sachsen u.
Randgebiet
Teilgebiete
um GFA
Zeitfenster: Bezugsjahr
5-wöchige
Sommer-/
Winter Periode
Wochen-Szenario
Tages-Szenario
11.08. - 15.09. 15. - 22.08.
S1, S2, S3
Simulation:
2002
11.11. - 16.12. 23. - 30.11.
W1
Nestung
Modellgebiet
Zeitfenster
Simulation
LM
MUSKAT
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 20
IV. Validierung des Modells
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 21
meteorologische Parameter
Validierung des Modells 1
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 22
meteorologische Parameter
Validierung des Modells 1
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 23
meteorologische Parameter
Validierung des Modells 1
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 24
meteorologische Parameter
Validierung des Modells 1
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 25
Schadstoffkonzentrationen
Validierung des Modells 2
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 26
Schadstoffkonzentrationen
Validierung des Modells 2
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 27
Schadstoffkonzentrationen
Validierung des Modells 2
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 28
Schadstoffkonzentrationen
Validierung des Modells 2
--- Simulation
--- Stations-Messwerte
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 29
V. Ergebnisse
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 30
Ergebnisse 1
SO2 -
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
40
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 31
Ergebnisse 1
SO2 -
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
SO2 -
Imm-
Zusatz-
belastung
40
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 32
Ergebnisse 2
SULFAT-
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
20
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 33
Ergebnisse 2
SULFAT-
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
SULFAT-
Imm-
Zusatz-
belastung
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 34
Ergebnisse 3
Sommertag
S1
NITRAT-
Gesamt-
Immission
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 35
Ergebnisse 3
Sommertag
S1
NITRAT-
Imm-
Zusatz-
belastung
2
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 36
Ergebnisse 4
PM10 -
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
20
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 37
Ergebnisse 4
Sommertag
S1
PM10 –
Imm-
Zusatz-
belastung
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 38
Ergebnisse 5
NH3 –
Gesamt-
Immission
Sommertag
S1
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 39
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 40
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 41
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 42
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 43
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 44
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 45
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 46
Ergebnisse 6
PM10-Immissions-
Zusatzbelastung
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 47
Ergebnisse 7 maximale mittägliche Zusatzbelastung
infolge der GFA-Emissionen im Sommer
-10
0
10
20
30
40
50
60
15.08. 16.08. 17.08. 18.08. 19.08. 20.08. 21.08. 22.08.
Ko
nze
ntr
ati
on
in
ug
/m³
Δ AmmSulfat
Δ PM10
Δ AmmNitrat
Δ PPM10
Δ SO2
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 48
Ergebnisse 7 maximale mittägliche Zusatzbelastung
infolge der GFA-Emissionen im Sommer
-10
0
10
20
30
40
50
60
15.08. 16.08. 17.08. 18.08. 19.08. 20.08. 21.08. 22.08.
Ko
nze
ntr
ati
on
in
ug
/m³
Δ AmmSulfat
Δ PM10
Δ AmmNitrat
Δ PPM10
Δ SO2
PM10
≈ 25 % ≈ 12 % x MAmmSulfat
SO2 88 % x MSO2
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 49
Ergebnisse 8 Prognose von Wochen-Zeitreihen
für 9 Immisions-Stationen in Sachsen
Sommerszenario
markanteste Ereignisse
• 21.08.: Leipzig Mitte: +8 μg/m³
Leipzig West: +8 μg/m³
• 15.08.: Zwickau: +5 μg/m³
• 16.08.: Zwickau: +3 μg/m³
)
) PM10-Immission
)
) durch
) GFA-Lippendorf
alle anderen Ereignisse < +2 μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 50
Ergebnisse 8 Prognose von Wochen-Zeitreihen
für 9 Immisions-Stationen in Sachsen
Sommerszenario
markanteste Ereignisse
alle anderen Ereignisse < +2 μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 51
Ergebnisse 9
Tages-
gang
der
Emissions-
höhe
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 52
Ergebnisse 10
SO2 -
Gesamt-
Immission
Wintertag
S1
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 53
Ergebnisse 10
SO2 -
Gesamt-
Immission
Wintertag
S1
SO2 -
Imm-
Zusatz-
belastung
10
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 54
Ergebnisse 11
PM10 -
Gesamt-
Immission
Wintertag
S1
20
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 55
Ergebnisse 11
PM10 -
Gesamt-
Immission
Wintertag
S1
PM10 -
Imm-
Zusatz-
belastung
2
↑ 0
μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 56
Ergebnisse 12 maximale mittägliche Zusatzbelastung
infolge der GFA-Emissionen im Winter
-10
0
10
20
30
40
50
60
Ko
nze
ntr
ati
on
in
ug
/m³
Δ AmmSulfatΔ PM10
Δ AmmNitratΔ PPM10
Δ SO2
24.11.
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 57
Ergebnisse 12 Schätzwert für die mittlere Jahres-Zusatzbelastung
infolge der GFA-Emissionen
-10
0
10
20
30
40
50
60
Ko
nzen
trati
on
in
ug
/m³
Jahr
Δ PM10 ≤ 0,1 μg/m³
Landesamt für Umwelt und Geologie
Autor: Wolfgang Poppitz, Referat 22
Folie 58
Ende
**** danke fürs Zuhören und -schauen ****